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粒子加速器（particle accelerator）是用人工方法産生高速帶電粒子的裝置。是探索原子核和粒子的性質、內部結構和相互作用的重要工具，在工農業生産、醫療衛生、科學技術等方面也都有重要而廣泛的實際應用。自e.盧瑟福1919年用天然放射性元素放射出來的a射綫轟擊氮原子首次實現了元素的人工轉變以後，物理學家就認識到要想認識原子核，必須用高速粒子來變革原子核。天然放射性提供的粒子能量有限，衹有幾兆電子伏特（mev），天然的宇宙射綫中粒子的能量雖然很高，但是粒子流極為微弱，例如能量為10^14電子伏特（ ev ）的粒子每小時在 1平方米的面積上平均衹降臨一個，而且無法支配宇宙射綫中粒子的種類、數量和能量，難於開展研究工作。因此為了開展有預期目標的實驗研究，幾十年來人們研製和建造了多種粒子加速器，性能不斷提高。在生活中，電視和x光設施等都是小型的粒子加速器。
應用粒子加速器發現了絶大部分新的超鈾元素和合成的上千種新的人工放射性核素，並係統深入地研究原子核的基本結構及其變化規律，促使原子核物理學迅速發展成熟起來；高能加速器的發展又使人們發現包括重子、介子、輕子和各種共振態粒子在內的幾百種粒子，建立粒子物理學。近20多年來，加速器的應用已遠遠超出原子核物理和粒子物理領域，在諸如材料科學、表面物理、分子生物學、光化學等其它科技領域都有着重要應用。在工、農、醫各個領域中加速器廣泛用於同位素生産、腫瘤診斷與治療、射綫消毒、無損探傷、高分子輻照聚合、材料輻照改性、離子註入、離子束微量分析以及空間輻射模擬、核爆炸模擬等方面。迄今世界各地建造了數以千計的粒子加速器，其中一小部分用於原子核和粒子物理的基礎研究，它們繼續嚮提高能量和改善束流品質方向發展；其餘絶大部分都屬於以應用粒子射綫技術為主的“小”型加速器。 |
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粒子加速器的結構一般包括 3個主要部分 ：①粒子源 ，用以提供所需加速的粒子，有電子、正電子、質子、反質子以及重離子等等。②真空加速係統，其中有一定形態的加速電場，並且為了使粒子在不受空氣分子散射的條件下加速 ，整個係統放在真空度極高的真空室內。③導引、聚焦係統 ，用一定形態的電磁場來引導並約束被加速的粒子束，使之沿預定軌道接受電場的加速。所有這些都要求高、精、尖技術的綜合和配合。
加速器的效能指標是粒子所能達到的能量和粒子流的強度（流強）。按照粒子能量的大小，加速器可分為低能加速器（能量小於10^8ev）、中能加速器（能量在10^8～10^9ev）、高能加速器（能量在10^9～10^12ev）和超高能加速器（能量在10^12ev以上)。目前低能和中能加速器主要用於各種實際應用。 |
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粒子加速器按其作用原理不同可分為靜電加速器、直綫加速器、迴旋加速器、電子感應加速器、同步迴旋加速器 、對撞機等。
１９２９年，英國物理學家科剋羅夫特和沃爾頓一起，設計製造出了一個“電壓倍加器”，從而製造出了世界上第一臺增加質子能量的裝置，他們把它叫做“靜電粒子加速器”。這臺加速器利用高電壓，能把質子加速到將近４０萬電子伏的能量，便鋰原子發生了核分裂，從而首次用人造粒子炮彈實現了核分裂。為經，科剋羅夫特和沃爾頓一起獲得了１９５１年的諾貝爾物理學奬。但是不久，人們就發現靜電粒子加速器在電壓太高時會産生巨大的電火花。這樣，要再進一步增大粒子炮彈的能量就不可能了。
然而，正是在首創的“靜電粒子加速器”的基礎上，科學家們不斷努力探索，後來又研製成功了直綫粒子加速器、迴旋粒子加速器、同瞳迴旋加速器、質子同瞳加速器等更高能量的粒子加速器。其中，環形加速器和直綫加速器的兩種基本型式。 |
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被加速的粒子以一定的能量在一圓形結構裏運動，粒子運行的圓形軌道是由磁偶極（dipole magnet）所控製。和直綫加速器(linac)不一樣，環形加速器的結構可以持續地將粒子加速，粒子會重複經過圓形軌道上的同一點。但是粒子的能量會以同步輻射方式發散出去。
同步輻射是當任何帶電粒子加速時，所發出的一種電磁輻射。粒子在圓形軌道裏運動時都有一個嚮心加速度，會讓粒子持續輻射。此時必須提供電場加速以補充所損失的能量。同步輻射是一種高功率的輻射，加速器將電子加速以産生同相位的x光。
除了加速電子以外也有些加速器加速較重的離子，如質子，以運作更高的能量領域的研究。譬如高能物理對於誇剋及膠子的研究分析。
最早的環形加速器為 粒子迴旋加速器，1912年由 恩奈斯特•勞倫斯（en:ernest o. lawrence）所發明。粒子迴旋加速器有一對半圓形（d形）的中空盒子，以固定頻率變換電場，用以加速帶電粒子；以及一組磁偶極提供磁場使運動粒子轉彎。帶電粒子從盒子的圓心地方開始加速，然後依蠃旋狀軌跡運動至盒子邊緣。
粒子迴旋加速器有其能量限製，因為 特殊相對論效應會使得高速下的粒子質量改變。粒子的核質比與迴旋頻率間的關係因此改變，許多參數需重新計算。當粒子速度接近光速時，粒子迴旋加速器需提供更多的能量纔有可能讓粒子繼續運行，而這時可能已經達到粒子迴旋加速器機械上的極限。
當電子能量到達約十個百萬電子伏特（10 mev）時，原本的粒子迴旋加速器無法對電子再做加速。必須用其它方法，如 同步粒子迴旋加速器和 等時粒子迴旋加速器的使用。這些加速器適用於較高的能量，而不用於較低的能量。
如果要到達更高的能量，約十億電子伏特（billion ev or gev），必須使用同步加速器。同步加速器將粒子置於環形的真空管中，稱為儲存環。儲存環有許多的磁鐵裝置用以聚焦粒子以及讓粒子在儲存環中轉彎，用微波（高頻） 共振腔提供電場將粒子加速。 |
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帶電粒子在直綫中加速，運行到加速器的末端。較低能量的加速器例如陰極射綫管及x光産生器，使用約數千伏特的直流電壓（dc）差的一對電極板。在x光産生器的靶本身是其中一個電極。
較高能的直綫加速器使用在一直在綫排列的電極板組合來提供加速電場。當帶電粒子接近其中一個電極板時，電極板上帶有相反電性的電荷以吸引帶電粒子。當帶電粒子通過電極板時，電極板上變成帶有相同電性的電荷以排斥推動帶電粒子到下一個電極板。所以帶電粒子束加速時，必須小心控製每一個板上的交流（ac）電壓，讓每一個帶電粒子束可以持續加速。
當粒子接近光速時，電場的轉換速率必須變得相當高，須使用微波（高頻） 共振腔來運作加速電場。 |
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從２０世紀３０年代到５０年代後半期的２０年時間裏，加速器的能量增加了幾百倍到幾千倍。這是因為要發現基本粒子。除了到宇宙綫中去尋找外，就得到原子核內部去尋找。原子核內部存在非常強大的作用力，把基本粒子緊緊地結合在一起，因此研究基本粒子需要很大的能量。隨着加速器能量的增加，在實驗室中所發現的基本粒子數目也增多了。
現在，粒子加速器的規模已有小於一個大型機器製造廠，其用電量相當於一個中等城市，工作人員可達數千人，有宇宙粒子製造廠之稱。但是，儘管今日粒子加速器能量已經夠大的了，可它仍然遠遠不能適應探索原子奧秘的要求，因此隨着人們對原子奧秘探索的深入，粒子加速器仍會為斷地改進。 |
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粒子加速器最初是作為人們探索原子核的重要手段而發展起來的。其發展歷史概括如下；
1919年，盧瑟福用天然放射源實現了歷史上第一個人工核反應，激發了人們用快速粒子束變革原子核的強烈願望。
1928年，伽莫夫關於量子隧道效應的計算表明，能量遠低於天然射綫的α粒子也有可能透入原子核內。該研究結果進一步增強了人們研製人造快速粒子源的興趣和决心。
1932年，j．d．考剋饒夫特（john d. cockroft）和e.t.瓦爾頓（earnest t. s. walton）在england的 cavendish 實驗室開發製造了700kv高壓倍加速器加速質子，即cockroft-walton 加速器，實現了第一個由人工加速的粒子引起的li（p，α）he核反應。由多級電壓分配器（multi-step voltage divider ）産生恆定的梯度直流電壓，使離子進行直綫加速。
1930年，earnest o. lawrence製作了第一臺迴旋加速器，這臺加速器的直徑衹有10cm。隨後，經m. stanley livingston資助，建造了一臺25cm直徑的較大迴旋加速器，其被加速粒子的能量可達到1mev。幾年後，他們用由迴旋加速器獲得的4.8mev氫離子和氘束轟擊靶核産生了高強度的中子束，還首次生産出了24na、32p和131i等人工放射性核素。
1940 由 d. w. kerst 利用電磁感應産生的渦旋電場發明了新型的加速電子電子感應加速器（betatrons）。它是加速電子的圓形加速器。與迴旋加速器的不同之處是通過增加穿過電子軌道的磁通量（magnetic flux ）完成對電子的加速作用，電子在固定的軌道中運行。在該加速器中，必須和處理電子的相對論作用一樣來處理由輻射而丟失的能量。所有被加速的粒子輻射電磁能，並且在一定動能範圍內，被加速電子的輻射損失能量比質子的多。這種丟失的輻射能稱同步加速輻射。因此，電子感應加速器的最大能量限製在幾百mev內。
在研製電子感應加速器的過程中提出了電子的振蕩理論，並解决了帶電粒子在加速過程中的穩定性問題，該理論適用於各種類型的梯度磁場聚焦的加速器。因此，在加速器的發展歷史上，該加速器起了重要的作用。
電子感應加速器除了主要用於産生的γ射綫做核反應等方面的應用外，還廣泛用於工業和醫療方面：如無損探傷、工業輻照、放射治療等。
1945年，v•.i• 維剋斯勒爾和.e.m.麥剋米倫分別提出了諧振加速中的自動穩相原理，從理論上提出了突破迴旋加速器能量上限的方法，從而推動了新一代中高能迴旋諧振式加速器如電子同步加速器、同步迴旋加速器和質子同步加速器等的建造和發展。
中國三大高能物理研究裝置---中國的粒子加速器
80年代，我國陸續建設了三大高能物理研究裝置╠╠北京正負電子對撞機、蘭州重離子加速器和合肥同步輻射裝置。為什麽國傢要花費如此巨資，建設這三大高能物理研究裝置呢？
中國科技大學同步輻射加速器實驗室 隨着科學技術的發展，人類對物質結構的認識是從一開始看到身邊的各種物質逐漸發展到藉助放大鏡、顯微鏡、直到後來的粒子加速器、電子對撞機等，逐步深入到細胞、分十、原子和原子核深層次，每深入一步都會帶來巨大的社會效益和經濟效益。原子核及其核外電子的發現，帶動了無綫電、半導體、電視、雷達、激光、 x光的發展，而近幾十年對原子核的研究，則為原子能的利用奠定了理論基礎。
要想瞭解物質的微觀結構，首先要把它打碎。粒子加速器就是用高速粒子去“打碎”被測物質，讓正負電子在運動中相撞，可以使物質的微觀結構産生最大程度的變化，進而使我們瞭解物質的基本性質。
北京正負電子對撞機
北京正負電子對撞機是一臺可以使正、負兩個電子束在同一個環裏沿着相反的方向加速，並在指定的地點發生對頭碰撞的高能物理實驗裝置。由於磁場的作用，正負電子進入環後，在電子計算機控製下，沿指定軌道運動，在環內指定區域産生對撞，從而發生高能反應。然後用一臺大型粒了探測器，分辨對撞後産生的帶電粒千及其衍變産物，把取出的電子信號輸人計算機進行處理。它始建於1984年10月7日，1988年10月建成，包括正負電子對撞機、北京譜儀（大型粒子探測器）和北京同步輻射裝置。
北京正負電子對撞機的建成，為我國粒子物理和同步輻射應用研究開闢了廣阔的前景。它的主要性能指標達到80年代國際先進水平，一些性能指標迄今仍然是國際同類裝置的最好水平。
蘭州重離子加速器
蘭州重離子加速器 蘭州重離子加速器是我國自行研製的第一臺重離子加速器，同時也是我國到目前為止能量最高、可加速的粒子種類最多、規模最大的重離子加速器，是世界上繼法國、日本之後的第三臺同類大型迴旋加速器，1989年h月投入正式運行，主要指標達到國際先進水平。中科院近代物理研究所的科研人員以創新的物理思想，利用這臺加速器成功地合成和研究了10餘種新核素。
合肥同步輻射裝置
合肥國傢同步輻射實驗室直綫加速器 合肥同步輻射裝置主要研究粒子加速器後光譜的結構和變化，從而推知這些粒子的基本性質。它始建於1984年4月，1989年4月26日正式建成，迄今已建成5個實驗站，接待了大量國內外用戶，取得了一批有價值的成果。
中國科學技術大學同步輻射加速器實驗室1989年4月提前建成並調試出束。
激光粒子加速器
美國科學家tomas plettner在近日出版的《物理評論快報》上報告，他和斯坦福大學、斯坦福綫形加速器中心（slac）的同事一起，用一種波長800納米的商用激光調節真空中運行的電子的能量，獲得了和每米遞減4千萬伏的電場一樣的調製效果。這一技術有望發展成新型激光粒子加速器，用來將粒子加速到tev（萬億電子伏）的量級。
傳統的加速器必須做成幾百米甚至更長的龐然大物，以將粒子能量提升到粒子物理學家所需的程度。最近幾年來，科學家發展出一種主要基於激光等離子體的技術，可獲得比傳統加速器更高的加速梯度，從而為縮短加速度的長度帶來可能。然而，之前的一些技術往往導致同步加速器的輻射損失或降低粒子束的質量，限製了其對粒子物理學家的吸引力。
斯坦福大學研究小組開發的新方法，在用激光束加速的同時，施加一個和激光同嚮的縱嚮電場，形成疊加的加速效果。電子獲得的能量自然等於縱嚮電場和激光束單獨作用施加能量之和。該裝置在真空中加速電子，而不是在復雜得多的等離子體環境中。
在自然空間，激光的相位速度——單一波長光的傳播速度——比電子的速度低，因此不會影響加速效果。然而，plettner和同事現在用一種鍍金的帶狀聚合物，在電子束和光束互相作用的點上設置一條“邊界綫”；該綫減輕了電子束和光束之間的相互影響，使兩者之間産生電子加速所需的能量交換，從而剋服了這個問題。
“這項工作最初、最主要的動機是想探索開發粒子加速器的可能性，從而把現有直綫加速器的長度縮減一個數量級。”plettner說，“這將導致碰撞能達1tev甚至更高的‘緊湊’型高亮度輕子碰撞的出現。”據悉，新方法還可能導致小型x射綫源技術的發展。(來源:激光之傢 http://www.laserhome.cn) |
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粒子加速器按其作用原理不同可分為靜電加速器、直綫加速器、迴旋加速器、電子感應加速器、同步迴旋加速器 、對撞機等。
利用直綫加速器加速帶電粒子時，粒子是沿着一條近於直綫的軌道運動和被逐級加速的，因此當需要很高的能量時，加速器的直綫距離會很長。有什麽辦法來大幅度地減小加速器的尺寸嗎？辦法說起來也很簡單，如果把直綫軌道改成圓形軌道或者蠃旋形軌道，一圈一圈地反復加速，這樣也可以逐級諧振加速到很高的能量，而加速器的尺寸也可以大大地縮減。
1930年E.O.勞倫斯在直綫加速器諧振加速工作原理的啓發下，提出了研製迴旋加速器的建議。勞倫斯建議在迴旋加速器裏采用一個軸嚮磁場，使帶電粒子不再沿着直綫運動，而沿着近似於平面蠃旋綫的軌道運動。1931年建成了第一臺迴旋加速器，磁極直徑約10釐米，用2千伏的加速電壓工作，把氘核加速到80keV，證實了迴旋加速器的工作原理是可行的。在1932年又建成了磁極直徑為27釐米的迴旋加速器，可以把質子加速到1MeV。
迴旋加速器的電磁鐵的磁極是圓柱形的，兩個磁極之間形成接近均勻分佈的主導磁場。磁場是恆定的，不隨時間而變化。在磁場作用下，帶電粒子沿着圓弧軌道運動，粒子能量不斷地提高，軌道的麯率半徑也不斷地提高，運動軌道近似於一條平面蠃旋綫。
兩個磁極之間是真空室。裏面裝有兩個半圓形空盒狀的金屬電極，通稱為“D形電極”。D形電極接在高頻電源的輸出端上，2個D形電極之間的空隙（加速間隙）有高頻電場産生。粒子源安裝在真空室中心的加速間隙中。D形電極內部沒有高頻電場，粒子進入D形電極之內就不再被加速，在恆定的主導磁場作用下做圓周運動。衹要粒子迴旋半圓的時間等於加速電壓半周期的奇整數倍，就能夠得到諧振加速。用一個表達式可以表示成：
Tc=KTrt
式中Tc是粒子的迴旋周期，Trt是加速電壓的周期，K應該是奇整數。
這類利用軸嚮磁場使帶電粒子做迴旋運動，周期性地通過高頻電場加速粒子的迴旋加速器又可以分為兩類：
第一類是沒有自動穩相機製的。等時性迴旋加速器就是屬於這一類。D形電極間加有頻率固定的高頻加速電場，粒子能量低時，迴旋頻率能保持與高頻電場諧振，而當能量高時，粒子的迴旋頻率會隨着能量的提高而越來越低於高頻電場頻率，最終不能再被諧振加速。為了剋服這個睏難，可以使磁場沿半徑方向逐步增加，以保持粒子的迴旋頻率恆定。然而磁場沿半徑方向遞增卻又導致粒子束流軸嚮散開。為解决這一矛盾，60年代初研製成功了扇形聚焦迴旋加速器，在磁極上巧妙地裝上邊界彎麯成蠃旋狀的扇形鐵板，它可以産生沿方位角變化的磁場，即使加速粒子軸嚮聚焦，又使磁場隨半徑增大而提高，保證粒子的旋轉頻率不變，即旋轉一周的時間不變，因此被稱為等時性迴旋加速器。
第二類是有自動穩相機製的。屬於這一類型的加速器有：（1）穩相加速器。軸嚮磁場保持恆定，而使高頻加速電場的頻率隨着粒子迴旋頻率的降低而同步降低，從而使帶電粒子仍能繼續被諧振加速。這類加速器又名調頻迴旋加速器或穩相加速器。采用自動穩相機製以後，在理論上可以將質子加速到無限高的能量，然而由於技術上和經濟上的原因，歷史上最大的穩相加速器的能量衹達到700MeV。這一類型的加速器用來加速質子，有的用於加速摻氘核、α粒子甚至氮離子。
（2）電子迴旋加速器。又稱為微波迴旋加速器，專門用於加速電子。這一類型的加速器中，軸嚮磁場是均勻的，加速電場的頻率也是恆定的，而所不同的是讓加速間隙位於磁極的一端，電子的軌道為一係列與加速間隙中心綫相切的圓。圖2.5是電子迴旋加速器中電子軌道的示意圖。電子每迴旋一圈，就被加速一次，衹要迴旋周期等於加速電壓周期的整數倍，就有可能進行諧振加速。電子迴旋加速器的能量都不是很高，最大的也不過幾十MeV，束流強度為30～120微安，大多數用於醫療和射綫劑量學等方面。
（3）同步加速器。它的主導磁場是隨時間改變的以保證帶電粒子在恆定軌道上迴旋。為此，磁鐵做成環形的，可使磁鐵重量減輕。加速電場是交變的，其頻率隨着帶電粒子迴旋頻率的改變而改變，以保證諧振加速。同步加速器既能加速電子，稱為電子同步加速器；又能用於加速質子，稱為質子同步加速器或同步穩相加速器。用於加速重離子的同步加速器，顧名思義應稱為重離子同步加速器。 |
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1955年
中國科學院原子能所建成700eV質子靜電加速器。
1957年前後
中國科學院開始研製電子迴旋加速器。
1958年
中國科學院高能所2.5MeV質子靜電加速器建成。
中國第一臺迴旋加速器建成。
清華大學400keV質子倍壓加速器建成。
1958年~1959年
清華大學2.5Mev電子迴旋加速器出束。
1964年
中國科學院高能所30MeV電子直綫加速器建成。
1982年
中國第一臺自行設計、製造的質子直綫加速器首次引出能量為10MeV的質子束流，脈衝流達到14mA.
1988年
北京正負電子對撞機實現正負電子對撞。
蘭州近代物理研究所用於加速器重離子的分離扇形迴旋加速器(HIRFL)建成。
1989年
北京譜儀推至對撞點上，開始總體檢驗，用已獲得的巴巴事例進行刻度。北京譜儀開始物理工作。
中國科技大學設計的我國最早起步的同步輻射加速器建成出光，它由200MeV電子直綫加速器和800MeV儲存環組成。
2004年
北京正負電子對撞機重大改造工程(BEPCⅡ)第一階段設備安裝和調試工作取得重大進展。同年11月19日16時41分，直綫加速器控製室的示波器上顯示出的電子束流流強約為2A以上，標志着BEPCⅡ直綫加速器的改進工作取得一個重要的階段性成果。
2005年
北京正負電子對撞機（BEPC）正式結束運行。投資6.4億元的北京正負電子對撞機重大改造工程(BEPCⅡ)第二階段——新的雙環正負電子對撞機儲存環的改建工程施工正式開始。新北京正負電子對撞機的性能將是美國同一類裝置的3~7倍，對研究體積為原子核一億分之一的誇剋粒子等基礎科研具有重要意義。 |
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高能加速器條件下的有關物質結構的研究，本質上是有關自然狀態下自然能團（或能簇、能子）之間的能態在量方面的相對變（轉化）關係。
從弧理論的觀念來看，利用高能加速器等方法來轟擊類弧子結構（原子）的條件下，可得到弱相互作用關係：1、對稱理論（普遍的對稱性理論）2、非對稱性理論，特殊條件下得之。如果轟擊能子（弧合子，次原子結構），則得到強相互作用關係：漸近自由 理論等。
為什麽？
上述兩種作用均發生在能態層面而非物質態的層面；屬能簇與能簇之間的關係。
弱相互作用：任何外來能團轟擊類弧子結構時，沿時軸方向進入類弧子（從能量到能量）時，外加能量在進入類弧子結果體時，便會發生弧合作用而産生出對稱弧合，對外顯示出釋放了兩個旋嚮相反，質量相等能團，即對稱性弧合反應。外加能量的能量級被限製在被轟擊的類弧子的時軸的能量（假設等於1）範圍內：小於0，大於1時，均不能産生出成對的能粒子。衹有在< 1, >0 的條件下，纔可以生成亞粒子；在此層面上可以産生出許多亞粒子，理論上是無限多。
非對稱弱相互作用：如果外加能量與類弧子的空間軸水平進入係統時，由於時間軸在空間軸上的非對稱性（1/3），所有弱相互作用均發生在類弧子結構的能量交換過程中，本質上是對自然本在能態的一種人工擾動， 並非是物質的結構性改變。類弧子結構是一種能態轉化過程中的普遍存在的剛性結構。當外加能量進入時，這些外加能量就被“訓化”了，形成適當的次粒子並被釋放出來。這些過程是可以反復和重演的。一切自然能態在其能量發生相互轉化時的唯一結構體，即類弧子體。弱相互作用實際上是人工條件下對類弧子體的幹擾性的物理學觀察結果。自然能態猶如平靜的湖面，人為的力量弄起了幾絲漣紋；當這些人工幹擾停頓 時，自然能態將恢復如初，並未發生絲毫的改變。人們總結出來的理論或規律，僅僅是有關那幾絲漣紋的觀察結果。對於自然的能本態或物質性結構仍是一無所知。
與此不同的強相互作用則全部發生在能態的能子層面（狀態）。能子狀態的統一結構體，即絶對弧子。其時空軸絶對同一，組成絶對弧合子的最小能量子單位，現代人稱為強子。強相互作用就是研究絶對弧合子能量單元之間的關係。這裏，要求人工能量要有極高的能級狀態，使用很高能量時才能激發這種相互作用。強相互作用對外不顯示任何新粒子産生或亞粒子對産生；也就是說，如果産生的話，則是碰撞能量的轉化形式。怎樣轉化僅僅取决於絶對弧合子吸收人工外加能量的量值。通常情況下不産生。多以光子形式被釋放掉，壽命極短。
絶對弧子好比布滿麻點的皮球，其麻點對應最小能單位，在無外加能量時，每個麻點的“位置”是同一的，即自由的，任意方位均可“看”到同一個麻點的存在。對其施加外力（外加能量）時，球面將會發生塌陷，此時塌陷邊緣上對稱的麻點發生對稱性的背離運動，似乎被分開了。由於絶對弧子自身的穩定性，也即對人工能量的排斥性，看起來似乎是兩個麻點拼命想恢復原狀，給的力越大，凹陷越大，回彈性就越強；凹陷越小，回彈性越弱，按照現代物理學的觀點理解，即漸近自由。這些實為假象（人工製造的假象）。
概括而論，弱相互作用及其規律以及強相互作用及其規律，例如楊振寧等的非對稱性弱相互作用理論和戴維?#26684;羅斯、戴維?#27874;利策和弗蘭剋?#32500;爾切剋等的強相互作用理論，漸近自由理論都是建立在人工作用條件下的，描述自然本態在被幹擾時所發生現象的物理認識理論，而非自然本態的物理理論。其根本錯誤在於自然認識觀是錯誤的，唯有弧理論可以正確概括和闡述各種自然的本在態結構。
低能加速器的應用
低能加速器的應用是核技術應用領域的重要分支，目前，在世界各地運行着的數千臺加速器中大多數是在工業、農業、醫療衛生等領域內得到廣泛應用的低能加速器。低能加速器在這些領域的應用，極大地改變了這些領域的面貌，創造了巨大的經濟效益和社會效益。 |
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1)輻照加工
應用加速器産生的電子束或X射綫進行輻照加工已成為化工、電力、食品、環保等行業生産的重要手段和工藝，是一種新的加工技術工藝。它廣泛應用於聚合物交聯改性、塗層固化、聚乙烯發泡、熱收縮材料、半導體改性、木材-塑料復合材料製備、食品的滅菌保鮮、煙氣輻照脫硫脫硝等加工過程。
經輻照生産的産品具有許多優良的特點，例如：聚乙烯電纜經105Gy劑量輻照後，其電學性能、熱性能都有很大提高，使用溫度輻照前為60~70℃，輻照後長期使用溫度可達120℃以上。目前，我國已有用加速器進行輻照加工的生産綫40多條。
2)無損檢測
無損檢測就是在不損傷和不破壞材料、製品或構件的情況下，就能檢測出它們內部的情況，判別內部有無缺陷。現代無損檢測的方法很多，例如：超聲波探傷法、渦流探傷法、熒光探傷法及射綫檢測法等。射綫檢測法即可檢查工件表面又可檢查工件內部的缺陷。設備可以采用放射性同位素Co60産生的γ射綫、X光機産生的低能X射綫和電子加速器産生的高能X射綫。尤其是探傷加速器的穿透本領和靈敏度高，作為一種最終檢查手段或其它探傷方法的驗證手段及在質量控製中，在大型鑄鍛焊件、大型壓力容器、反應堆壓力殼、火箭的固體燃料等工件的缺陷檢驗中得到廣泛的應用。這種探傷加速器以電子直綫加速器為主要機型。
射綫檢測的方法根據對透過工件的射綫接受和處理方法的不同，又可把射綫檢測法分為三種：
a、射綫照相法
這種方法與我們體檢時拍X光膠片相似，射綫接受器是X光膠片。探傷時，將裝有X光膠片的膠片盒緊靠在被檢工件背後，用X射綫對工件照射後，透過工件的射綫使膠片感光，同時工件內部的真實情況就反映到膠片的乳膠上，對感光後的膠片進行處理後，就可以清楚地瞭解工件有無缺陷以及缺陷的種類、位置、形狀和大小。
b、輻射成像法
這種方法的射綫接受器是陣列探測器或熒光增感屏。前者就是清華大學和清華同方共同研製生産的大型集裝箱檢查係列産品。後者就是用於機場、鐵路的行李、包裹的X射綫安檢係統，也可用於工業的無損檢測。這種方法配以圖像處理係統可以在綫實時顯示物品內部的真實情況。
c、工業CT
與醫用CT原理類似，CT技術即計算機輔助層析成像技術。選用加速器作為X射綫源的CT技術是一種先進的無損檢測手段，主要針對大型固體火箭發動機和精密工件的檢測而發展起來。它的密度分辨率可達0.1%，比常規射綫技術高一個數量級。在航天、航空、兵器、汽車製造等領域精密工件的缺陷檢測、尺寸測量、裝配結構分析等方面有重要的應用價值。
3)離子註入
利用加速器將一定能量的離子註入到固體材料的表層，可以獲得良好的物理、化學及電學性能。半導體器件、金屬材料改性和大規模集成電路生産都應用了離子註入技術。我國現擁有各類離子註入機100多臺。其中我國自己纍计生産出140多臺離子註入機，能量為150KeV~600KeV（1KeV=1×103eV），流強為0.5mA到十幾mA。
1.2 低能加速器在農業中的應用
作為核技術應用裝備的加速器在農業上的應用，在一些國傢普遍使用已有明顯經濟效益的主要有三方面：
1)輻照育種
加速器在輻照育種中的應用，主要是利用它産生的高能電子、X射綫、快中子或質子照射作物的種子、芽、胚胎或𠔌物花粉等，改變農作物的遺傳特性，使它們沿優化方向發展。通過輻射誘變選育良種，在提高産量、改進品質、縮短生長期、增強抗逆性等方面起了顯著作用。馬鈴薯、小麥、水稻、棉花、大豆等作物經過輻照育種後可具有高産、早熟、矮桿及抗病蟲害等優點。
2)輻照保鮮
輻照保鮮是繼熱處理、脫水、冷藏、化學加工等傳統的保鮮方法之後，發展起來的一種新保鮮技術。例如，對馬鈴薯、大蒜、洋蔥等經過輻照處理，可抑製其發芽，延長貯存期；對幹鮮水果、蘑菇、香腸等經過輻照處理，可延長供應期和貨架期。
3)輻照殺蟲、滅菌
目前，在農産品、食品等殺蟲滅菌普遍使用化學熏蒸法，由於使用溴甲烷、環氧乙烷等化學熏蒸法引起的殘留毒性、破壞大氣臭氧層等原因，根據蒙特利爾公約，到2005年要在全球範圍內禁止使用溴甲烷。因而利用加速器進行農産品、食品等輻照殺蟲、滅菌得以迅速發展。利用加速器産生的高能電子或X射綫可以殺死農産品、食品中的寄生蟲和致病菌，這不僅可減少食品因腐敗和蟲害造成的損失，而且可提高食品的衛生檔次和附加值。
1.3 低能加速器在醫療衛生中的應用
隨着科學技術的進步，人民生活和質量的提高，人們對醫療衛生條件提出了更高的要求。而加速器在醫療衛生中的應用促進了醫學的發展和人類壽命的延長。目前，加速器在醫療衛生方面的應用主要有三個方面，即放射治療、醫用同位素生産以及醫療器械、醫療用品和藥品的消毒。
1) 放射治療
用於惡性腫瘤放射治療（簡稱放療）的醫用加速器是當今世界範圍內，在加速器的各種應用領域中數量最大、技術最為成熟的一種。
用於放療的加速器由50年代的感應加速器，到60年代發展了醫用電子迴旋加速器，進入70年代醫用電子直綫加速器逐步占據了主導地位。目前，世界上約有3000多臺醫用電子直綫加速器裝備在世界各地的醫院裏。
除了應用加速器産生的電子綫、X射綫進行放療外，還可應用加速器進行質子放療、中子放療、重離子放療和π介子放療等，這些治癌方法還處在實驗階段，實驗的結果表明，療效顯着。但這些加速器比電子直綫加速器能量高得多，結構復雜得多，價格昂貴得多，尚未普及。
利用電子直綫加速器開展立體定嚮放療，俗稱X—刀，是近年來發展的新的放療技術。這種技術與常規放療相比，可多保護15%~20%的正常組織，而腫瘤增加20%~40%的劑量，可更有效地殺滅癌細胞，從而增加放療療效。
60年代我國醫院裝備了醫用感應加速器，70年代中期醫用電子直綫加速器開始裝備我國各地醫院。截止到2000年初，我國已擁有各種能量的醫用加速器約530臺，其中國産醫用加速器約230臺，進口醫用加速器約300臺。
2)醫用同位素生産
現代核醫學廣泛使用放射性同位素診斷疾病和治療腫瘤，現在已確定為臨床應用的約80種同位素，其中有2/3是由加速器生産的，尤其是缺中子短壽命同位素衹能由加速器生産。這些短壽命同位素主要應用在以下方面：
a、正電子與單光子發射計算機斷層掃描—PET與SPECT
PET是由病人先吸入或預先註射半衰期極短的發射正電子的放射性核素，通過環形安置的探測器從各個角度檢測這些放射性核素發射正電子及湮滅時發射的光子，由計算機處理後重建出切面組織的圖像。而這些短壽命的放射性核素是由小迴旋加速器製備的。最短的半衰期核素如15O僅為123秒，一般為幾分鐘到1小時左右。所以，這種加速器一般裝備在使用PET的醫院裏。生産PET專用短壽命的放射性核素的小迴旋加速器，吸引了衆多的加速器生産廠開發研製。目前，國外幾個加速器生産廠傢生産的小迴旋加速器已達到幾十臺。
b、圖像獲取
利用放射性核素進行閃爍掃描或利用γ照相獲取圖像的方法，可以診斷腫瘤、檢查人體髒器和研究它們的生理生化功能和代謝狀況，獲取動態資料。例如201Tl用於心肌檢查，對早期發現冠心病和心肌梗塞的定位等是目前最靈敏的檢查手段。而這些放射性核素絶大部分也是由加速器生産的。
3)輻照消毒
利用加速器對醫用器械、一次性醫用物品、疫苗、抗生素、中成藥的滅菌消毒是加速器在醫療衛生方面應用的一個有廣阔前途的方向。與前面介紹加速器在食品中的殺蟲、滅菌道理一樣，可取代目前應用的高溫消毒、化學消毒等方法。但滅菌需要的射綫劑量要大於殺蟲所需的劑量。 |
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lizi jiasuqi
粒子加速器
particle accelerator
一種用人工方法産生快速帶電粒子束的裝置。它利用一定形態的電磁場將電子、質子或重離子等帶電粒子加速，能提供速度高達幾千、幾萬乃至接近三十萬千米每秒（真空中的光速）的各種高能量的帶電粒子束，是人們變革原子核和“基本”粒子、認識物質深層結構的重要工具；在工農業生産、醫療衛生、科學技術、國防建設等各個方面也都有重要而廣泛的應用。
歷史 1919年，E.盧瑟福用天然放射源實現了第一個原子核反應，不久，人們就提出了用人造快速粒子源來變革原子核的設想。1928年G.伽莫夫關於量子隧道效應的計算表明，能量遠低於天然□射綫的粒子,也可透入核內，這就進一步激發了人們研製人造快速粒子源的熱情。20年代中，探討過許多加速帶電粒子的方案，進行過許多試驗。30年代初，高壓倍加器、迴旋加速器、靜電加速器相繼問世。1932年J.D.考剋饒夫和E.T.S.瓦耳頓用他們建造的700kV高壓倍加器加速質子,實現了第一個由人工加速的粒子束引起的核反應,Li(p,□)He。同年E.O.勞倫斯等發明的迴旋加速器（見彩圖1930年E.O.勞倫斯(1901～1958)製成的世界上第一臺迴旋加速器）開始運行。幾年之後他們通過人工加速的p、d和□等粒子轟擊靶核得到高強度的中子束，還首次製成了24Na、32P、131I等醫用同位素。這幾位研製加速器的先驅者後來分別獲得了諾貝爾物理學奬。同一期間R.J.範德格□夫創建了靜電加速器,它的能量均勻度高,被譽為核結構研究的精密工具。第一批粒子加速器的運行顯示了人工方法産生快速粒子束的巨大優越性：不僅其強度遠高於放射性元素、宇宙綫等天然快速粒子源，而且粒子的品種、能量以及粒子束的方向等都可任意選擇、精確調節。以後的幾十年間，隨着人們對微觀物質世界深層結構研究的不斷深入，各個科學技術領域對各種快速粒子束的需要不斷增長，提出了多種新的加速原理和方法，發展了具有各種特色的加速器。1940年D.W.剋斯特製成了利用電磁感應産生的渦旋電場加速電子到高能量的電子感應加速器；1945年В.И.韋剋斯勒和E.M.麥剋米倫各自獨立提出了諧振加速的自動穩相原理，為高能加速器的發展開闢了道路；40年代中期在第二次世界大戰期間發展起來的高頻、微波技術基礎上，L.W.阿耳瓦雷茨和W.W.漢森分別製成了第一臺質子駐波直綫加速器和電子行波直綫加速器,為直綫加速器的發展奠定了基礎;50年代初M.S.利文斯頓、E.D.庫朗等提出了強聚焦加速器原理，大大縮減了加速器的尺寸，在此基礎上誕生了強聚焦的高能加速器以及扇形聚焦迴旋加速器；1956年剋斯特提出了通過高能粒子束間的對撞來提高有效作用能的概念，導致了高能對撞機的發展。現在，對撞機已成為獲得粒子之間最高有效作用能的主要手段。由於這一係列的發展和成就，半個世紀以來粒子加速器的能量增長率約為每十年一個數量級以上，而單位能量的造價則大致以十年一個數量級的速率下降。60年代後期以來，在尋求超重核，發展重離子核物理的推動下，發展了加速重離子的技術和能力，並形成了自成一族的重離子加速器，使加速粒子的品種自初期的少數輕離子發展到元素周期表上全部天然元素的離子。
幾十年來，人們應用粒子加速器發現了絶大部分新的超鈾元素和合成的上千種新的人工放射性核素，並係統深入地研究原子核的基本結構及其變化規律，促使原子核物理學迅速地發展成熟起來；高能加速器的發展又使人們得以發現上百種“基本”粒子包括重子、介子、輕子和各種共振態粒子，並建立起粒子物理學這樣一門新學科。近20多年來，加速器的應用已經遠遠超出了原子 |
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- : particle accelerator
- n.: accelerator, apparatus for causing charged particles to move at high speeds
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